(57)【要約】【課題】  放熱性に優れるとともに、光半導体素子等の電子部品を気密に封止することが可能な電子装置を構成するのに適した放熱部材、およびこれを用いた電子装置を提供すること。【解決手段】  主面に複数の凸部１ａを形成した第一の基板１と、主面に複数の凹部２ａを形成した第二の基板２とを凸部１ａが凹部２ａに挿入されるようにして第一の基板１の凸部１ａ同士の間に位置する主面と第二の基板２の凹部２ａ同士の間に位置する主面とを直に接触させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に複数の凸部を形成した第一の基板と、主面に複数の凹部を形成した第二の基板とを前記凸部が前記凹部に挿入されるようにして前記第一の基板の前記凸部同士の間に位置する主面と前記第二の基板の前記凹部同士の間に位置する主面とを直に接触させたことを特徴とする熱伝導部材。
【請求項２】
前記凸部の先端部と前記凹部の底部とを接合材を介して接合したことを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
【請求項３】
前記凸部の側面と前記凹部の側面との隙間に前記接合材を入り込ませたことを特徴とする請求項２記載の熱伝導部材。
【請求項４】
前記凹部の幅を隣接する前記凹部同士の間隔よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱伝導部材。
【請求項５】
前記第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、他方の基板の熱伝導率を前記一方の基板よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の熱伝導部材。
【請求項６】
前記第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、前記一方の基板の熱膨張係数を他方の基板よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱伝導部材。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の熱伝導部材に電子部品を搭載するとともに、該電子部品を覆うように蓋体を設けたことを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子等の電子部品を搭載するとともに、電子部品から発生した熱を良好に放熱するための熱伝導部材およびそれを用いた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光通信分野で用いられているＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオ−ド）等の光半導体素子を収納するための光半導体装置の断面図を図３に示す。
【０００３】
従来の光半導体装置は、上面の中央部に光半導体素子Ｓ’および回路基板24を搭載するための円柱を縦に切断した形状の基台21ａと、この基台21ａの周辺に上面から下面にかけて形成された貫通孔21ｂを有する、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金，冷間圧延鋼（ＳＰＣ）等の金属から成る円板状の金属基板21と、貫通孔21ｂに挿通され、少なくとも下面側の端部が貫通孔21ｂから突出するように封止材22を介して固定されるとともに上面側の端部が回路基板24の回路導体に電気的に接続されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子23とを具備している。
【０００４】
なお、金属基板21とリード端子23との接合は、絶縁ガラスから成る封止材22を介して行なわれ、封止材22によって金属基板21とリード端子23とが電気的に絶縁されている。また、光半導体素子Ｓ’は基台21ａに直接、あるいは基台21ａにサブマウント基板や回路基板24を介して200〜400℃の融点を有する金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等の低融点ロウ材によりロウ付け固定され、光半導体素子Ｓ’の電極がボンディングワイヤを介して回路基板24の回路導体に電気的に接続される。
【０００５】
そして、金属基板21の上面には、外周端から幅１ｍｍ以内の外周部に、光半導体素子Ｓ’の保護を目的として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る第１の蓋体25がＹＡＧレーザ溶接、シーム溶接またはロウ付け等により固定され、さらに、光半導体素子Ｓ’に対向する部位に光ファイバ27が固定された第２の蓋体26が例えばＹＡＧレーザやシーム溶接等の溶接により接合されて製品としての光半導体装置となる。
【０００６】
このような光半導体装置は主に大容量の光通信等に使用され、リード端子23が外部電気回路（図示せず）に接続され、外部電気回路から駆動信号が供給されることによって光半導体素子Ｓ’が光励起され、この励起された光が戻り光防止用の光アイソレータ（図示せず）を介して光ファイバ27に送出され、光ファイバ27内に伝達される。そして、40ｋｍ以下の伝送距離において2.5Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）以下の伝送容量の用途に多用されている。
【０００７】
しかし、近年この40ｋｍ以下の伝送距離における高速通信に対する需要が急激に増加するにともない、伝送容量が不足するようになり、光半導体装置をさらに高速化する研究開発が活発に進められるようになってきた。そのために、光信号を発信する光半導体素子Ｓ’を10Ｇｂｐｓ程度の高周波数の信号で駆動するとともに、長距離伝送においても十分な信号波形を得るために、より大電力の信号で駆動して高出力化することが検討されるようになってきた。
【０００８】
従来の光半導体装置の光半導体素子Ｓ’は５ｍＷ程度で駆動され、その光出力は0.2〜0.5ｍＷ程度であった。しかし、近年の大出力の光半導体装置では、光出力が1ｍＷのレベルまで向上してきており、これにともなって、光半導体素子Ｓ’は10ｍＷ以上の電力で駆動されるようになってきている。そして、光半導体素子Ｓ’を大きな電力で駆動するために光半導体素子Ｓ’が非常に発熱することから、光半導体装置に対してはより効果的な放熱性が要求されるようになってきた。そこで金属基板21を熱伝導性に優れた、例えば銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属材料から成る熱伝導部材で構成し、光半導体素子Ｓ’の発熱を効果的に放熱するものが提案されている。
【特許文献１】特開2000-353846号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の熱伝導部材を用いた光半導体装置は、第１及び第２の蓋体25，26を熱伝導部材に溶接する際に発生する熱が熱伝導部材を介して光半導体素子Ｓ’に伝わりやすいために、光半導体素子Ｓ’の劣化を招き、十分な性能が得られないという問題点があった。
【００１０】
また、上記熱伝導部材をＣｕ−Ｗから成る金属板のみで構成せずに、図２に示すようにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金，ＳＰＣ等の金属から成る金属基板31の裏面に熱伝導性の優れた、例えば銅や銅−タングステン等の放熱板32を接合したもので構成し、放熱性の向上を図るという手法もある。
【００１１】
しかしながら、図４に示すように金属基板31と放熱板32は接合材33を介して接合されており、その接合材33の熱伝導性は、一般には銅や銅−タングステン等の放熱板32の熱伝導性よりも低いことから、放熱板32自体は高い放熱性を備えていたとしても、金属基板31と放熱板32とを接合して成る熱伝導部材の熱伝導性が低くなり、十分な放熱性を得ることができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、放熱性に優れるとともに、光半導体素子等の電子部品を気密に封止することが可能な電子装置を構成するのに適した放熱部材、およびこれを用いた電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の熱伝導部材は、主面に複数の凸部を形成した第一の基板と、主面に複数の凹部を形成した第二の基板とを前記凸部が前記凹部に挿入されるようにして前記第一の基板の前記凸部同士の間に位置する主面と前記第二の基板の前記凹部同士の間に位置する主面とを直に接触させたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の熱伝導部材は、前記凸部の先端部と前記凹部の底部とを接合材を介して接合したことを特徴とする。
【００１５】
本発明の熱伝導部材において、好ましくは、前記凸部の側面と前記凹部の側面との隙間に前記接合材を入り込ませたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の熱伝導部材において、好ましくは、前記凹部の幅を隣接する前記凹部同士の間隔よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の熱伝導部材において、好ましくは、前記第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、他方の基板の熱伝導率を前記一方の基板よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の熱伝導部材において、好ましくは、前記第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、前記一方の基板の熱膨張係数を他方の基板よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の電子装置は、上記本発明の熱伝導部材に電子部品を搭載するとともに、該電子部品を覆うように蓋体を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の熱伝導部材は、主面に複数の凸部を形成した第一の基板と、主面に複数の凹部を形成した第二の基板とを凸部が凹部に挿入されるようにして第一の基板の凸部同士の間に位置する主面と第二の基板の凹部同士の間に位置する主面とを直に接触させたことから、それぞれ異なる材料の第一および第二の基板を互いに入り組んだ構成とすることにより、熱膨張差が生じても互いに拘束しあって反りや歪みが生じるのを有効に防止し、接合信頼性を高めることができる。さらに、一方の基板から他方の基板への熱伝導経路を、熱伝導率の低い接合材等を介することなくこれらの基板同士の接触部分を介することによって熱伝導性の良好な経路として構成することができ、非常に放熱性の優れたものとなる。
【００２１】
以上の結果、熱膨張係数の小さな電子部品や他の部材を接合する場合に、第一および第二の基板のうち一方の基板の材質を電子部品や他の部材の接合に適したものにしたとしても破損等が生じることがなく、高い放熱性を維持することができ、例えば、発熱を有する電子部品を収納するための電子装置等に適した熱伝導部材とすることができる。
【００２２】
本発明の熱伝導部材は、凸部の先端部と凹部の底部とを接合材を介して接合したことから、第一の基板と第二の基板との接触部を介した非常に熱伝導性の良好な経路を維持しながら、第一および第二の基板を接合材により強固に接合することができ、第一および第二の基板同士の接触を長期にわたり維持できる。また、接合材が第一および第二の基板同士の熱膨張係数差による応力を有効に緩和して第一および第二の基板同士が剥離するのを有効に防止できる。
【００２３】
本発明の熱伝導部材は、凸部の側面と凹部の側面との隙間に接合材を入り込ませたことから、第一および第二の基板同士の接合面積を大きくして接合強度を高めることができるとともに、空洞部を少なくして熱伝導性をより高めることができる。
【００２４】
本発明の熱伝導部材は、凹部の幅を隣接する凹部同士の間隔よりも小さくしたことから、第一の基板と第二の基板との接触面積を大きくすることができ、さらに、第二の基板の断面積を大きくすることができるので熱伝導性をより高めることができる。
【００２５】
本発明の熱伝導部材は、第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、他方の基板の熱伝導率を一方の基板よりも大きくしたことから、電子部品を一方の基板に搭載した後、電子部品を気密に封止するための蓋体を一方の基板に溶接する際、溶接による熱をより有効に他方の基板に伝達しやすくすることができ、一方の基板を介して電子部品に熱が伝わって電子部品が劣化するのを有効に防止することができる。
【００２６】
本発明の熱伝導部材は、第一および第二の基板のうちの一方の基板に電子部品の搭載部を設けるとともに、一方の基板の熱膨張係数を他方の基板よりも小さくしたことから、熱伝導部材の熱膨張を抑制して搭載する電子部品に応力が生じて特性劣化が生じるのを有効に防止できる。また、凸部の幅と凹部の幅を同じにすれば、第一および第二の基板の接合を熱膨張差によるかしめにより実現することができるようになり、接合材を全く用いずに接合できることから、第一および第二の基板の直接接触する部分の面積をより大きくし、より放熱性の高い構造とすることができる。
【００２７】
本発明の電子装置は、上記本発明の熱伝導部材に電子部品を搭載するとともに、電子部品を覆うように蓋体を設けたことから、内部に収納する電子部品を良好に放熱することができるとともに、電子部品を長期にわたり気密に封止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に本発明の熱伝導部材およびそれを用いた電子装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の熱伝導部材の実施の形態の一例を示す断面図である。また、図２は、本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【００３０】
図１において、１は第一の基板、２は第二の基板、３は接合材、Ａは熱伝導部材である。また、図２において、７は蓋体、Ｓは光半導体素子等の作動によって発熱を伴う電子部品である。
【００３１】
本発明の熱伝導部材Ａは、主面に複数の凸部１ａを形成した第一の基板１と、主面に複数の凹部２ａを形成した第二の基板２とを凸部１ａが凹部２ａに挿入されるようにして第一の基板１の凸部１ａ同士の間に位置する主面と第二の基板２の凹部２ａ同士の間に位置する主面とを直に接触させている。そして、この熱伝導部材Ａに電子部品Ｓを搭載し、この電子部品Ｓを覆うように蓋体７を取着することによって本発明の電子装置となる。
【００３２】
なお、第一の基板１の凸部１ａ同士の間に位置する主面と第二の基板２の凹部２ａ同士の間に位置する主面との接触は面当接であるのがよい。これにより接触面積が大きくなり熱伝導性が向上する。
【００３３】
本発明の熱伝導部材Ａは、それぞれ異なる材料の第一および第二の基板１，２を互いに入り組んだ構成とすることにより、熱膨張差が生じても互いに拘束しあって反りや歪みが生じるのを有効に防止し、接合信頼性を高めることができる。さらに、一方の基板から他方の基板への熱伝導経路を、熱伝導率の低い接合材等を介することなくこれらの基板同士の接触部分を介することによって熱伝導性の良好な経路として構成することができ、非常に放熱性の優れたものとなる。
【００３４】
第一および第二の基板１，２のうち一方の基板（図２では第一の基板１）には電子部品Ｓや蓋体７などの他の部材が取着されるため、その熱膨張係数に近似した材料が用いられ、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金，冷間圧延鋼（ＳＰＣ），モリブデン（Ｍｏ）等の金属、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス、等の材料が用いられる。
【００３５】
また、第一および第二の基板１，２のうち他方の基板（図２では第二の基板２）は、熱伝導を良好に行なうために熱伝導率の高いものが用いられ、例えば、銅や銅−タングステン等の金属が用いられる。
【００３６】
凸部１ａの形状は、円柱状、多角柱状、円錐状、多角錐状等でもよく、直線や曲線状に連続した壁状でもよい。また、凹部２ａは凸部１ａに対応した形状とするのがよく、例えば、円柱状、多角柱状、逆円錐状、逆多角錐状、溝状などが挙げられる。
【００３７】
このような凸部１ａおよび凹部２ａは、金属板にエッチング加工や切削加工などを施すことにより形成される。
【００３８】
第一および第二の基板１，２同士は、凸部１ａが凹部２ａに挿入されるようにして第一の基板１の凸部１ａ同士の間に位置する主面と第二の基板２の凹部２ａ同士の間に位置する主面とを直に接触させていれば、どのように接合されてもよい。
【００３９】
例えば、凸部１ａの先端部と凹部２ａの底部とを接合材３を介して接合してもよい。この場合、凸部１ａの先端部と凹部２ａとの間に接合材３のための隙間を有するようにしておくとよい（例えば、凸部１ａの高さを凹部２ａの深さより小さくしておく）。このように凸部１ａの先端部と凹部２ａの底部とを接合材３を介して接合した場合、第一の基板１と第二の基板２との接触部を介した非常に熱伝導性の良好な経路を維持しながら、第一および第二の基板１，２を接合材により強固に接合することができ、第一および第二の基板１，２同士の接触を長期にわたり維持できる。また、接合材が第一および第二の基板１，２同士の熱膨張係数差による応力を有効に緩和して第一および第二の基板１，２同士が剥離するのを有効に防止できる。
【００４０】
好ましくは、凸部１ａの側面と凹部２ａの側面との隙間に接合材３を入り込ませているのがよい。これにより、第一および第二の基板１，２同士の接合面積を大きくして接合強度を高めることができるとともに、空洞部を少なくして熱伝導性をより高めることができる。
【００４１】
また、凸部１ａと凹部２ａとをほぼ同じ幅にしておき、凸部１ａと凹部２ａとの噛み合わせにより第一および第二の基板１，２同士を接合してもよい。この場合、接合材を用いなくともよく、熱伝導性をより向上できる。
【００４２】
また、第一および第二の基板１，２同士をネジ止めなどで接合してもよい。この場合も、接合材を用いる必要はなく、熱伝導性の向上が可能となる。
【００４３】
好ましくは、凹部２ａの幅（内寸法）を隣接する凹部２ａ同士の間隔よりも小さくするのがよい。これにより、第一の基板１と第二の基板２との接触面積（第一の基板１の凸部１ａ同士の間に位置する主面と第二の基板２の凹部２ａ同士の間に位置する主面との接触面積）を大きくすることができ、さらに、第二の基板２の断面積を大きくすることができるので熱伝導性をより高めることができる。
【００４４】
また、第一および第二の基板１，２のうち一方の基板の縦弾性率を他方の基板の縦弾性率よりも大きくしておくのがよい。これにより、第一および第二の基板１，２同士を接触させる際、他方の基板が変形することにより、第一および第二の基板１，２同士の接触部の密着性がより良好となり、熱伝導性のさらなる向上を行なうことができる。また、一方の基板の縦弾性率を大きくしておくことによって、熱伝導部材Ａ全体としての反りの発生を有効に防止できる。
【００４５】
本発明の熱伝導部材Ａに電子部品Ｓを搭載し、蓋体７で封止する場合、第一および第二の基板１，２のうちの一方の基板（図２では第一の基板１）に電子部品Ｓの搭載部を設けるとともに、他方の基板（図２にでは第二の基板２）の熱伝導率を一方の基板よりも大きくするのがよい。これにより、電子部品Ｓを一方の基板に搭載した後、電子部品Ｓを気密に封止するための蓋体７を一方の基板に溶接する際、溶接による熱をより有効に他方の基板に伝達しやすくすることができ、一方の基板を介して電子部品Ｓに熱が伝わって電子部品Ｓが劣化するのを有効に防止することができる。
【００４６】
また、好ましくは第一および第二の基板１，２のうちの一方の基板（図２では第一の基板１）に電子部品Ｓの搭載部を設けるとともに、一方の基板の熱膨張係数を他方の基板（図２では第二の基板２）よりも小さくするのがよい。これにより、熱伝導部材Ａの熱膨張を抑制して搭載する電子部品Ｓに応力が生じて特性劣化が生じるのを有効に防止できる。また、凸部１ａの幅と凹部２ａの幅を同じにすれば、第一および第二の基板１，２の接合を熱膨張差によるかしめにより実現することができるようになり、接合材３を全く用いずに接合できることから、第一および第二の基板１，２の直接接触する部分の面積をより大きくし、より放熱性の高い構造とすることができる。
【００４７】
本発明の熱伝導部材Ａは、熱膨張係数の小さな電子部品Ｓや他の部材（例えば蓋体７８等）を接合する場合に、第一および第二の基板１，２のうち一方の基板の材質を電子部品Ｓや他の部材の接合に適したものにしたとしても破損等が生じることがなく、高い放熱性を維持することができ、例えば、発熱を有する電子部品Ｓを収納するための電子装置等に適した熱伝導部材Ａとすることができる。
【００４８】
このような熱伝導部材Ａを用いた本発明の電子装置について、次に説明する。図２は本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、電子部品として光半導体素子を用いた例を示す。
【００４９】
本発明の電子装置は、上記本発明の熱伝導部材Ａに電子部品Ｓを搭載するとともに、電子部品Ｓを覆うように蓋体７を設けている。
【００５０】
熱伝導部材Ａには光半導体素子などの電子部品Ｓを搭載するための搭載部が形成されている。電子部品Ｓは、熱伝導部材Ａに直接搭載されてもよく、金属材料から成る基台１ａや窒化アルミニウム質焼結体などのサブマウントを介して搭載されてもよい。
【００５１】
第一および第二の基板１，２のうち、電子部品Ｓの搭載部が形成されている方の基板（図２では第一の基板１）の熱伝導率を他方の基板（図２では第二の基板２）の熱伝導率よりも大きくするのがよい。これにより、電子部品Ｓを第一の基板１に搭載した後、蓋体７を第一の基板１に溶接する際、溶接による熱をより有効に第二の基板２に伝達しやすくすることができ、第一の基板１を介して電子部品Ｓに熱が伝わって電子部品Ｓが劣化するのを有効に防止することができる。
【００５２】
熱伝導部材Ａは搭載部の周辺に貫通孔が形成されており、この貫通孔にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子５が挿通され、少なくとも下面側の端部が貫通孔から突出するように、絶縁ガラスなどからなる封止材４を介して固定されている。
【００５３】
好ましくは、電子部品Ｓが搭載されている方の基板（図２では第一の基板１）の熱膨張係数を他方の基板（図２では第二の基板２）の熱膨張係数よりも小さくし、この電子部品Ｓが搭載されている方の基板（第一の基板１）だけに封止材４を接合させるのがよい。これにより、熱伝導部材Ａが熱膨張したとしても、封止材４に加わる応力を有効に抑制でき、封止材４にクラックが生じるのを有効に防止できる。
【００５４】
そして、リード端子５の電子部品Ｓ側の端部が電子部品Ｓと電気的に接続され、リード端子を介して電子部品Ｓと外部電気回路との電気信号の入出力を行なうことができる。
【００５５】
なお、リード端子５と電子部品Ｓとの電気的な接続は、直接ボンディングワイヤを介して行なってもよく、図２のように回路基板６にボンディングワイヤ１０を接続することによって回路基板６を介して行なってもよい。
【００５６】
そして、熱伝導部材Ａの上面の外周部に、電子部品Ｓの保護を目的として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体７がＹＡＧレーザ溶接、シーム溶接またはロウ付け等により固定され、さらに、電子部品Ｓに対向する部位に光ファイバ９が固定された第２の蓋体８が、例えばＹＡＧレーザやシーム溶接等の溶接により接合されることにより電子装置となる。
【００５７】
なお、本発明は上述の最良の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことは何等差し支えない。また、凸部１ａや凹部２ａの側面は第一および第二の基板１，２の層方向に対して垂直であってもよく、傾斜していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の熱伝導基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】従来の電子装置の断面図である。
【図４】従来の熱伝導基板の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：第一の基板
２：第二の基板
３：接合材
７：蓋体
Ａ：熱伝導部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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